風能密度,又稱風功率密度,是氣流在單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的風能,單位為瓦/平方米。是描述一個地方風能潛力的最方便最有價值的量。
風能密度
風能密度:空氣在1秒內(nèi)以速度為V流過單位面積產(chǎn)生的動能稱為風能密度。
平均風能密度
因為風速的隨機性很大,用某一瞬時的風速無法來評估某一地區(qū)的風能潛力,因此我們將平均風速代入上式得出平均風能密度W=1/T∫0.5ρV3dt
W―――該段時間0-T內(nèi)的平均風能密度
ρ―――空氣密度(ρ的變化可以忽略不計)
V―――對應T時刻的風速
W=ρ/2T∫V3dt=ρ/2N∑Vi3
有效風能密度
在實際的風能利用中,對于那些不能使風能轉(zhuǎn)換裝置如風力發(fā)電機啟動或運行的風速,例如0~3米的風速不能使風機啟動,超過風機運行風速將會給風機帶來破壞,故這部分風速也無法利用,我們除去這些不可利用的風速后,得出的平均風速所求出的風能密度稱之為有效風能密度。
根據(jù)上述有效風能密度的定義得出計算公式:
W=∫0.5ρV3P(v)dv
V1――― 啟動風速
V2――― 停機風速
P(v)―――有效風速范圍內(nèi)的條件概率分布密度函數(shù)
年風能可利用時間:
年風能可利用時間是指一年之中可以運行在有效的風速范圍內(nèi)的時間,它可由下式求得:
t=N{exp[―(V1/c)k]―exp[―(V2/c)k]}
式中N為全年的小時數(shù),V1為啟動風速,V2為停機風速,C、K為威布爾分布的兩個參數(shù)。
風功率密度等級
風能密度,蘊含著風速、風速頻率分布和空氣密度的影響,是衡量風電場風能資源的綜合指標。風功率密度等級在國標“風電場風能資源評估方法”中給出了7個級別,如表。
高度
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10m
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30m
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50m
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應用于并網(wǎng)風力發(fā)電
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|||
風功率密度等級
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風功率密度/(W/m2)
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年平均風速參考值/(m/s)
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風功率密度/(W/m2)
|
年平均風速參考值/(m/s)
|
風功率密度/(W/m2)
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年平均風速參考值/(m/s)
|
|
1
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<100
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4.4
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<160
|
5.1
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<200
|
5.6
|
|
2
|
100~150
|
5.1
|
160~240
|
5.9
|
200~300
|
6.4
|
|
3
|
150~200
|
5.6
|
240~320
|
6.5
|
300~400
|
7.0
|
較好
|
4
|
200~250
|
6.0
|
320~400
|
7.0
|
400~500
|
7.5
|
好
|
5
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250~300
|
6.4
|
400~480
|
7.4
|
500~600
|
8.0
|
很好
|
6
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300~400
|
7.0
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480~640
|
8.2
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600~800
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8.8
|
很好
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7
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400~1000
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9.49
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640~1600
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11.0
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800~2000
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11.
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很好
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注:1、不同高度的年平均風速參考值是按風切變指數(shù)為1/7推算的。2、與風功率密度上限值對應的年平均風速參考值,按海平面標準大氣壓并符合瑞利風速頻率分布的情況推算。